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艾默生变频器在选煤厂重介选煤工艺中介质泵的应用

艾默生变频器在选煤厂重介选煤工艺中介质泵的应用

2007/5/8 8:57:00
一、前言   重介选煤因其投资少,建设周期短,洗选深度高,产品质量稳定,经济效益明显等优点,越来越多地被煤炭加工企业所采用。生产过程中,关键设备介质泵能否实现调速运转,使旋流器始终处于合理的工作状态而至关重要。   神火煤电选煤厂2005年度,在新庄选煤厂的技改中使用的1台介质泵(介质泵参数详见表一)。考虑工艺和生产实际情况并参考平顶山选煤设计院设计要求决定配置调速装置。这样有利于保证产品质量,改变以往靠调节进口闸门和分流来满足入口压力的要求。这种方法使得介质泵运行状态变优,泵可以根据工作实际情况实现无级调速,设备可以轻负荷运行,运行振动小,起动时间短,启动电流小,没有喘振,停泵时不存在严重的"水锤"作用。工艺设计中如不使用变频调速,由于介质比重大、浓度高、扬程高,泵的工况极差,造成供电设备功耗大、温升偏高。致使设备磨损加大,维修量增加。运行中多次发生泵体机封损坏,轴承损坏,甚至发生过高铬合金叶轮因温度过高炸裂,电机起动过程中绕组端部击穿等现象,对正常生产造成很大影响。要解决这一问题,仅靠切割叶轮外径和改变叶轮规格,用损失富裕扬程的办法,不能有效地提高运行的经济性(一般设计时选择百分之五到百分之十的裕量)。因此,只有实现介质泵调速,才能满足工艺的最佳要求。 表1
二、节能原理 以往风机、水泵的风(流)量是通过挡板(阀门)来调节,大量的能量被挡板和阀门白白浪费。据统计,目前使用的风机、水泵大约有25-60%的能量是无谓消耗。根据风机水泵原理我们知道风机、水泵的能量与转速一次方成正比,压力与转速二次方成正比,轴功率与转速三次方成正比,即 Q2/Q1=n2/n1 (1) H2/H1=(n2/n1)2 (2) P2/P1=(n2/n1)3 (3) 图一中,曲线①、③为水泵在不同阻力下的特性曲线。曲线②、④为工频、变频状态下的流量与压力关系曲线。水泵工作在A点时,轴功率P1等于Q1、H1的乘积,即与图中面积AQ10H1A成正比。若要将流量从Q1降到Q2时,如用闸阀调节,则工作点由A移到B,流量下降,压力上升,轴功率减少不多;若采用变频调速,则工作点由A移动到C,在满足同样流量Q2的情况下,压力也下降,轴功率大大降低。假设电机的运行频率由工频下调到45Hz,则
三、设备选型   大功率交流鼠笼式异步电机无级调速的方案一般有两种:     1、变频调速    2、液力耦合器调速 现将这两种方案进行技术经济性比较,以便设备选型。 选煤厂一般采用液力耦合器进行水泵调速的居多,由于液力耦合器本身具有如下技术缺陷,在选煤厂中将无法较好地满足安全生产的要求。 a. 液力耦合器调速属能耗型调速方式,在调速范围较大时,产生机械损耗和转差损耗,消耗能量,效率较低,节能效果一般。 b. 液力耦合器是一种以液体为介质,靠液体动量矩的变化传递能量的装置,工作时是通过一导管调整工作腔的充液量,从而改变传递扭矩和输出转速来满足工况要求。因此,对工作腔及供油系统需经常维护及检修。 c. 液力耦合器故障时,无法再用其它方式使其拖动的风机运行,必须停电检修。 d. 采用液力耦合器时,在低速向高速运行过程中,延迟性较明显,不能快速响应,同时这时候的电流较大,如整定不好会引起跳闸,影响系统稳定性。 e.液力耦合器本身控制精度差,调速范围窄,通常在40%~90%之间。 f.电机启动时,冲击电流较大,影响电网的稳定性。 g.在高速运行时,液力耦合器有丢转现象,严重时会影响工作的正常进行。 h. 液力耦合器调速曲线与效率成正比,即速度越低效率越低,所以当水泵工作速度要求较低时将会使工作效率下降很多,则无用功加大,能耗增加。 从以上情况来看,如果使用液力耦合偶合器,将会制约选煤厂节能降耗、降低生产成本、提高生产效率、增加企业竞争力的目的。 变频器具有的优点   现在有很多企业已经采用新型的大功率变频调速装置拖动水泵,取得了良好的应用效果。同传统的液力偶合器比较,GRT-2000变频控制系统,该系统所用变频器为美国EMERSON公司产品,该产品具有以下优点: a.电路板采用三层防护处理,具有防尘,抗潮,抗干扰等功效,针对我们选煤厂的恶劣工作环境(高煤尘、高潮湿度,强干扰),同时采用先进的电路结构设计,减少了输出侧的电流谐波,提高了功率因数,解决了对电网的谐波污染,无需任何滤波或功率因数的补偿。 b.电动机实现了真正的软启动、软停止,变频器提供给电机的无谐波干扰的正弦波电流,峰值电流和峰值时间大为减少,可消除对电网和负载的冲击,避免产生操作过电压而损伤电机绝缘,延长了电动机和风机、水泵的使用寿命。同时,变频器设置共振点跳转频率,避免了风机、水泵处于共振点运行的可能性,使风机、水泵工作平稳,轴承磨损减少,启动平滑,消除了机械的冲击力,提高了设备的使用寿命。 c.变频器自身保护功能完善,同原来继电保护比较,保护功能更多,更灵敏,瞬间过流保护(超过200%额定电流峰值)10μs,动作有效过流保护(150%额定电流)3s动作,过载保护(120%额定电流)1min动作,大大加强了对电动机的保护。 d.调速工段内的设备调节和优化控制由DCS完成,与集控系统完美结合,通过RS485和RS232接口与集控系统通讯,并通过集控系统实时监控介质泵工作情况。DCS负责采集模拟量、开关量等信号,变频器输出的模拟量、开关量信号全部进入DCS系统,形成闭环控制,同时实现相关辅机联锁功能等。 e.采用变频调节,实现了挡板、阀门全开,减少了挡板、阀门节流损失,且能均匀调速,满足调峰需要,节约了大量的电能,具有显著的节电效果。 f.整机的运行噪音改善明显:采用液力耦合器时,无论低速高速,由于电机均处于工频运行,整机的噪音明显,达到90dB左右,但是进行变频改造后,整机的运行频率下降至40Hz左右,电机的运行噪音明显下降,低于80dB,在低速运行时基本上听不到噪音,达到65dB以下,大大改善了现场的噪音污染。    g.由于电机降低速度运行以及工作在高效率区,电机的温升和轴承温升下降明显:电机温升由采用液力耦合器时的59℃下降至44℃,电机的前后轴承的温度都有相应的下降,延长了风机系统的使用寿命。 h.低负荷下转速降低,减少了机械部分的磨损和振动,延长了风机大修周期,可节省大量的检修费用。    i.日常维护保养工作量和费用下降:采用液力耦合器估计每年的维护费用在2万元左右,采用变频器后,这项费用下降为数千元左右。    j.调速范围:采用液力耦合器调速范围具有相当大的限制,采用变频器后,实现智能调速,系统调频范围0~50Hz,大大地增强了工艺调节能力。 变频调速同液力耦合器调速经济比较 为了检测变频装置的节能情况,选煤厂在介质泵上采用液力耦合器与河南格瑞特科技有限公司的GRT-2000变频装置调速作对比试验,数据如下: a. 采用变频器拖动介质泵时 高速状态: P1 = 1.732UIcosф= 1.732×0.38×310×0.96=195.86kW 低速状态: P2 = 1.732UIcosф= 1.732×0.38×180×0.95=112.5kW 平均功率 P=P1×0.8+P2×0.2=179kW(高速状态约80%,低速状态为20%) b. 采用液力耦合器时   高速状态: P1’ = 1.732UIcosф= 1.732×0.38×347×0.93=212.4kW 低速状态: P2’ =1.732 UIcosф= 1.732×0.38×347×0.9=205.5kW 功率 P’=P1’×0.8+P2’ ×0.2=211KW (高速状态约80%,低速状态为20%) c. 采用调节阀门方式时 P=1.732×0.38×347=219.2KW 采用变频调速和采用液力偶合器调速运行的节能率对比: F1=(P’-P)/P=(211-179)/211=15% 采用变频调速和采用阀门调节运行的节能率对比: F2=(P-P1)/P=(219-179)/219=18.2 由此得出结论:节能降耗并提高功率因数最好方法为变频调速方式   液力耦合器作为介质泵的调速装置,具有以下特点:初投资较少,能吸收冲击和隔离扭振,挠性联接,允许主、从动轴之间有较大的安装误差。但耦合器也具有检修工作量大,调速范围有限,效率较低,启动转距小,传动中有功率损失且日常运行费用高、工期长,电机无法实现软启动等缺点。 变频调速安装工期短,运行费用低,可实现闭环自动控制,技术含量高且故障率低,可实现一拖二运行并有工频旁路,因此,运行可靠性高,这也是煤矿生产的重要条件,另外,该设备起动力矩大,满足工艺要求,适应工况差的环境条件。但这一方案初投资高。 四、参数数据 以下是我们公司的EV2000系列变频器的基本技术参数:
EV2000的主回路电路图:
综合各种因素,因此我们决定使用EMERSON变频器对电机进行调速改造   入选煤质较差时,变频器选定47计赫兹算其经济效益如下:   设备运行时间20h/日,电价按0.40元/千瓦时计算,年运行300日,年节约电费为:185×0.4×20×300=7.992万元   减少设备磨损,延长设备使用寿命约2万元/年。 因变频器可靠性高,减少了维修时间和影响生产时间,保护产品质量,其间接效益更为明显。入选煤质好时,采用44赫兹运行时,投资回收期仅二年。 五、结束语   200
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